[發(fā)明專利]一種基于多生產(chǎn)單元變量交叉相關(guān)解耦策略的故障監(jiān)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810280187.3
• 申請(qǐng)日: 2018-03-19
• 公開（公告）號(hào): CN108536943B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 厲鑫浩;童楚東;俞海珍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧波大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/27
• 分類號(hào): G06F30/27;G06K9/62;G06F17/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開一種基于多生產(chǎn)單元變量交叉相關(guān)解耦策略的故障監(jiān)測(cè)方法，旨在從數(shù)據(jù)角度出發(fā)，將工業(yè)對(duì)象中不同生產(chǎn)單元之間的交叉關(guān)系考慮進(jìn)分布式建模與監(jiān)測(cè)過程中，從而實(shí)施更加可靠而有效的分布式故障監(jiān)測(cè)。具體來講，首先根據(jù)各生產(chǎn)單元測(cè)量變量的歸屬，將所有測(cè)量變量劃分成多個(gè)變量子塊；其次，利用回歸模型將各個(gè)變量子塊中與其他變量子塊之間的交叉相關(guān)信息挖掘出來；最后，利用交叉相關(guān)解耦后的誤差實(shí)施建模與故障監(jiān)測(cè)。相比于傳統(tǒng)方法，本發(fā)明方法利用回歸模型將不同生產(chǎn)單元變量子塊之間的交叉關(guān)系考慮進(jìn)來，并對(duì)能夠反映出不同生產(chǎn)單元之間交叉相關(guān)關(guān)系是否發(fā)生變化的誤差實(shí)施監(jiān)測(cè)，理應(yīng)具備更優(yōu)越的故障監(jiān)測(cè)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的故障監(jiān)測(cè)方法，尤其涉及一種基于多生產(chǎn)單元變量交叉相關(guān)解耦策略的故障監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)

保證持續(xù)正常的生產(chǎn)狀態(tài)對(duì)于降低企業(yè)生產(chǎn)成本與保證生產(chǎn)安全具有重要性意義，通常采取的技術(shù)手段無外乎對(duì)過程運(yùn)行狀態(tài)實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而及時(shí)地甄別出系統(tǒng)出現(xiàn)的異常狀態(tài)。近年來，隨著工業(yè)大規(guī)模與“大數(shù)據(jù)”建設(shè)的推進(jìn)，生產(chǎn)過程中可以采集大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)而無法建立精確的機(jī)理模型，這為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的故障監(jiān)測(cè)方法的興起與廣泛應(yīng)用做好了鋪墊。在這一研究領(lǐng)域里，多變量統(tǒng)計(jì)過程監(jiān)測(cè)得到了最多的研究與關(guān)注。這其中，又當(dāng)以主成分分析(Principal Component Analysis，PCA)算法為最主流的實(shí)施技術(shù)手段。通過挖掘訓(xùn)練數(shù)據(jù)的潛在特征，基于PCA的故障監(jiān)測(cè)方法將故障監(jiān)測(cè)任務(wù)轉(zhuǎn)換成一個(gè)單分類的模式識(shí)別問題。從這點(diǎn)上看，以PCA為核心的故障監(jiān)測(cè)方法體系的核心在于如何有效地描述采樣數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

此外，考慮到現(xiàn)代工業(yè)過程的大規(guī)模性，基于PCA的故障監(jiān)測(cè)方法已經(jīng)從最開始的單個(gè)故障監(jiān)測(cè)模型發(fā)展成分布式的故障監(jiān)測(cè)策略。一般來講，分布式的故障監(jiān)測(cè)方法能夠在建模時(shí)簡(jiǎn)化對(duì)過程對(duì)象分析的難度，而且多模型的思路通常泛化性能優(yōu)越于單個(gè)模型。由于現(xiàn)代工業(yè)過程的大規(guī)模趨勢(shì)，整個(gè)生成單元通常由諸多個(gè)子生產(chǎn)單元組成。因此，可以將所有的測(cè)量變量按照生產(chǎn)單元的歸屬劃分成多個(gè)子變量塊，然后對(duì)每個(gè)子變量塊分別實(shí)施監(jiān)測(cè)就是分布式故障監(jiān)測(cè)方法的核心本質(zhì)。

然而，現(xiàn)代工業(yè)過程各生產(chǎn)子單元之間還存在交叉的關(guān)系，比如產(chǎn)品的回流進(jìn)入其他生產(chǎn)單元，以及利用不同生產(chǎn)單元間的反饋信號(hào)實(shí)施控制等等。直接按照生產(chǎn)單元分成的變量子塊的做法，不能將不同生產(chǎn)單元之間的交叉關(guān)系考慮進(jìn)來。因此，傳統(tǒng)的分布式故障監(jiān)測(cè)方法還有待進(jìn)一步的改進(jìn)。若是按照生產(chǎn)單元實(shí)施分布式故障監(jiān)測(cè)時(shí)，能將不同生產(chǎn)單元之間的交叉關(guān)聯(lián)關(guān)系考慮進(jìn)來，將會(huì)提升相應(yīng)故障監(jiān)測(cè)方法的性能。可是，若是直接根據(jù)生產(chǎn)過程的機(jī)理知識(shí)分析這種交叉關(guān)聯(lián)關(guān)系，需要深入細(xì)致的分析過程對(duì)象的組成結(jié)構(gòu)情況。這在實(shí)際過程中是不可取的，也違背了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)故障監(jiān)測(cè)方法從數(shù)據(jù)角度出發(fā)的理念。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的主要技術(shù)問題是：如何從數(shù)據(jù)角度出發(fā)，將工業(yè)對(duì)象中不同生產(chǎn)單元之間的交叉關(guān)系考慮進(jìn)分布式建模與監(jiān)測(cè)過程中，從而實(shí)施更加可靠而有效的分布式故障監(jiān)測(cè)。具體來講，本發(fā)明方法首先根據(jù)各生產(chǎn)單元測(cè)量變量的歸屬，將所有測(cè)量變量劃分成多個(gè)變量子塊；其次，利用回歸模型將各個(gè)變量子塊中與其他變量子塊之間的交叉相關(guān)信息挖掘出來；最后，利用交叉相關(guān)解耦后的誤差實(shí)施建模與故障監(jiān)測(cè)。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種基于多生產(chǎn)單元變量交叉相關(guān)解耦策略的故障監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟：

(1)采集生產(chǎn)過程對(duì)象中所有生產(chǎn)單元正常運(yùn)行狀態(tài)下的樣本數(shù)據(jù)，組成訓(xùn)練數(shù)據(jù)集X∈R^n×m，并對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到均值為0、標(biāo)準(zhǔn)差為1的新數(shù)據(jù)矩陣其中，n為訓(xùn)練樣本總數(shù)，m為過程對(duì)象所有測(cè)量變量的個(gè)數(shù)，R為實(shí)數(shù)集，R^n×m表示n×m維的實(shí)數(shù)矩陣。

(2)根據(jù)各測(cè)量變量的生產(chǎn)單元?dú)w屬，將m個(gè)測(cè)量變量分成C個(gè)不同的變量子塊，其中C表示過程對(duì)象中生產(chǎn)單元的個(gè)數(shù)。